卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析研究

喬月梅，趙秋蓉，李力群，紀旭東，葉亞軍，王勝利，郭春生

（內蒙古昆明卷煙有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010020）

卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析研究

喬月梅，趙秋蓉，李力群，紀旭東，葉亞軍，王勝利，郭春生

（內蒙古昆明卷煙有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010020）

取同一批次A牌號的煙絲，設計均勻試驗，通過卷煙機卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑比例、鉀鹽比例的卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進行評定，通過數學回歸方程確定卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響并進行評價，由顯著性分析確定各卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。單因素試驗分析結果表明：卷煙紙定量低、助燃劑比例較低、透氣度為50-55CU、麻漿比例低的卷煙燃燒錐掉落率低。均勻試驗分析結果表明，根據各因素顯著性檢驗值t可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次是助燃劑比例＞卷煙紙定量＞麻漿比例＞卷煙紙助燃劑鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。對二次回歸方程用非線性規劃方法進行最小模型優化，可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑比例1.2%，麻漿比例0，代入上述回歸方程，得到Y（卷煙燃燒錐掉落率）最小預測值為0.681 9%。按照最優的卷煙紙參數卷制卷煙，卷煙燃燒錐掉落率由12.7%降低為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，調整卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

卷煙紙參數；燃燒錐掉落率；助燃劑

中國煙草市場目前仍在進一步實施卷煙減害降焦工程，許多煙草企業積極圍繞“一高兩低”（高香氣、低焦油、低危害）在卷煙“降害”領域進行新一輪的競爭，因此，當前卷煙紙的功能要求仍集中在“減害降焦”效果上。降焦減害效果與香煙的燃燒速度有直接關系，香煙的燃燒速度越快，相對應香煙的“抽吸口數”越少，“抽吸口數”越少則單支煙的焦油量及有害物質相對越低，同時香煙的燃燒速度越快，對香煙的包灰效果要求也越高，因為較快的燃燒速度會導致香煙的“炸灰”“掉頭”現象明顯[1-5]。取相同結構的煙絲，設計均勻試驗，通過卷煙機卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑比例的卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進行評定，通過數學回歸方程確定卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響進行評價，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

1 試劑 儀器及方法

1.1試劑與儀器

A牌號煙絲，蒙昆公司提供；不同參數規格卷煙紙，民豐特種紙股份有限公司提供。

聯機卷煙燃燒錐掉落檢測儀器（自研發儀器）；RM200A型全自動轉盤吸煙機，德國Brogwaldt公司產品；KBF 540型恒溫恒濕箱，德國Binder公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同參數卷煙紙樣品和卷煙樣品的制備

按照試驗設計要求，制作調配不同卷煙紙定量、不同卷煙紙助燃劑量比例、不同鉀鹽比例（相對鈉鹽）、不同卷煙紙透氣度、不同麻漿比例的卷煙紙樣品24種，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，通過卷煙機卷制不同卷煙樣品。

1.2.2 單因素試驗

試驗固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鈉比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，麻漿比例0，分別進行單因素試驗測定，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，通過試驗設計考查卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響。

卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的單因素試驗設計見表1。

1.2.3 均勻試驗設計[6-10]

取大線同一批次A牌號卷煙的煙絲，設計均勻試驗，通過卷煙機卷制卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進行評定，通過數學回歸方程確定卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響進行評價，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

根據項目研究內容要求按照均勻性試驗的設計原則，擬定以下試驗方案。

均勻試驗因素見表2，均勻試驗設計見表3。

1.2.4 燃燒錐掉落率評價方法

取每組20支卷煙樣品，共5組，用聯機卷煙燃燒錐掉落檢測儀器檢測燃燒錐掉落率，燃燒錐掉落率檢測公式如下：

表2 均勻試驗因素

表1 卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的單因素試驗設計

表3 均勻試驗設計

燃燒錐掉落指煙支燃燒錐傾斜≥45°或燃燒錐完全掉落，總檢測支數為200支。

1.2.5 感官品質評價方法

將石墨烯卷煙樣品和對照樣品置于溫度22℃，濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h后進行感官評吸。感官評吸由8位評吸人員組成，按YC/T 138—1998標準規定的方法對卷煙樣品的香氣特性（香氣質、香氣量、雜氣），煙氣特性（濃度、勁頭、細膩度），口感特性（刺激性、余味、干凈度）等進行評價。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

圖1 卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響

卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖1。

固定卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿占比0，分別制配定量為26，29，32，35，38 g/m2的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙定量對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結果可知，卷煙紙定量低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.2 卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖2。

圖2 卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量為35 g/m2，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿比例0，分別制配助燃劑添加量為1.6%，2.4%，3.2%，4.0%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙助燃劑添加量對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結果可知，助燃劑添加量較低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.3 鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖3。

圖3 鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿占比0，分別制配鉀鹽比例為70%，50%，30%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查鉀鹽比例對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結果可知，鉀鹽比例為30%卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.4 卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖4。

圖4 卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙麻漿占比0，分別制配卷煙紙透氣度為40，50，60 CU的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙透氣度對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結果可知，卷煙紙透氣度為50～55 CU的卷煙燃燒錐掉落率低。

2.1.5 麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖5。

圖5 麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，分別制配麻漿占比為0，15%，30%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙麻漿占比對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結果可知，麻漿占比低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.2 均勻試驗結果分析

在單因素試驗基礎上，對卷煙紙定量（X1）、卷煙紙助燃劑鉀鹽比例（X2）、卷煙紙透氣度（X3）、助燃劑添加量（X4）、麻漿占比（X5）5個因素進行均勻試驗設計。以卷煙燃燒錐掉落率為考查指標，選用U6（65）均勻試驗表。

均勻試驗結果見表4，均勻試驗相關分析結果見表5。

?

表5 均勻試驗相關分析結果

根據表4～表5中各因素相關性可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次是助燃劑添加量＞卷煙紙定量＞麻漿占比＞鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。

卷煙紙各參數（包括各參數之間交互作用） 對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度的大小可以通過回歸模型中各卷煙紙參數與卷煙燃燒錐掉落率的偏相關t檢驗值的相對大小進行判斷。

均勻試驗偏相關檢驗見表6。

表6 均勻試驗偏相關檢驗

表6中所示的偏相關各項檢驗的置信概率p-值都很小，在置信度在0.05的水平上表明回歸檢驗結果可以接受，回歸結果可信，回歸模型可以應用。表6中按照偏相關t檢驗值可知，這些影響因素中X1X4，X1X5，X2X4，X1X3對卷煙燃燒錐掉落率均有顯著影響，其中X1和X4的交互作用對卷煙燃燒錐掉落率影響程度最大。

利用數據處理軟件DPS進行多因子二次回歸分析，得二次回歸方程為：

相關系數R=0.999 9，調整后相關系數Ra=0.999 5，決定系數 R2=0.976 3；F=1 160.745 4＞Df=（4，1）；顯著水平p=0.022；剩余標準差S=0.229 8；決定系數=0.999 78；剩余通徑系數=0.014 67。同時，對二次回歸方程用非線性規劃方法進行最小模型優化，還可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29.0 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例80%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.20%，麻漿占比0，代入上述回歸方程，得到Y（卷煙燃燒錐掉落率） 最小預測值為0.68%。最佳方案為卷煙紙定量29.0 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例80%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%，麻漿占比0。

最低指標時各個因素組合見表7，通徑系數見表8，一次逐步回歸的回歸參數見表9。

表7 最低指標時各個因素組合

表8 通徑系數

表9 一次逐步回歸的回歸參數

采用線性回歸和二次逐步回歸分析均勻設計結果如表4～表6所示，其中R∈[0，1]為相關系數，R值越大，相關程度越高；p-值為概率，一般以p＜0.05為顯著，p＜0.01為非常顯著；D為Durbin Watson統計量，等于2為正態分布，其值越接近2，說明殘差越符合服從正態分布，模型可用，否則模型不可用。表4～表9表明二次逐步回歸方程指標均接近于最優參考值，方程相關程度較高。所以可采用二次逐步回歸方法分析均勻設計，其模擬程度接近試驗數據，D=2.654 9，說明該方程能很好的擬合卷煙紙參數對燃燒錐掉落率的擬合。

卷煙紙燃燒錐掉落率的卷煙紙參數擬合值對比見表10。

表10 卷煙紙燃燒錐掉落率的卷煙紙參數擬合值對比

2.3 卷煙紙更換驗證

按照卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%的卷煙紙參數卷制卷煙。結果顯示，卷煙紙參數調整后，卷煙燃燒錐掉落率為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，與未優化前的卷煙燃燒錐掉落率為12.7%相比，調整卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

卷煙紙參數改善前后煙支燃燒錐掉落率對比見圖6。

圖6 卷煙紙參數改善前后煙支燃燒錐掉落率對比

3 結論

取同一批次A牌號的煙絲，設計均勻試驗，通過卷煙機卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑添加量、鉀鹽比例的卷煙試樣，按照卷煙掉頭測定方法進行評定，通過數學回歸方程確定卷煙紙參數對卷煙掉頭的影響進行評價，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。單因素試驗分析結果表明，卷煙紙定量低的卷煙燃燒錐掉落率低，助燃劑添加量較低的卷煙燃燒錐掉落率低，透氣度為50～55 CU的卷煙燃燒錐掉落率低，麻漿比例低的卷煙燃燒錐掉落率低。均勻試驗分析結果表明，根據各因素顯著性檢驗值t可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次為助燃劑添加量＞卷煙紙定量＞麻漿比例＞卷煙紙助燃劑鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。對二次回歸方程用非線性規劃方法進行最小模型優化，可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%，麻漿比例0，代入上述回歸方程，得到Y（卷煙燃燒錐掉落率）最小預測值為0.681 9%。

按照卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%的卷煙紙參數卷制卷煙。結果顯示，卷煙紙參數調整后，卷煙燃燒錐掉落率為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，與未優化前的卷煙燃燒錐掉落率為12.7%相比，調整卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

[1]Owen W C R.Effect of cigarette paper on smoke yield and composition[J].Rec.dv.ob.sci，1978 （4）：3-24．

[2]Yamamoto T，Umemura S，Kaneko H．Effect of exogenous potassium on the reduction in tar，nicotine and carbon monoxide deliveries in themainstrean smoke of cigarettes[J]．Beitrage zur Tabakforschung International，1990，14 （6）：379-385．

[3]高利兵，徐濱濤.卷煙盤紙的特性與發展 [J].黑龍江煙草，2000（11）：14-15．

[4]韓云輝.煙用材料生產技術與應用 [M].北京：中國標準出版社，2012：125-160．

[5]李賡，丁海燕，孫軍，等.改善卷煙紙包灰效果的研究 [J].中國造紙，2012，31（8）：32-35.

[6]李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理 [M].第2版.北京：化學工業出版社，2008：236.

[7]方開泰.均勻設計——數論方法在試驗設計的應用[J].應用數學學報，1980（4）：363-365．

[8]方開泰.均勻設計與均勻設計表 [M].北京：科學出版社，1994：32-50．

[9]S A Rezoug，R Capart.Assessment of wood liquefaction in acidified ethylene glycol using experimental design methodology[J] ．Energy Conversion and Management，2003，44（5）：781-792．

[10]T Yamada，H Ono.Rapid liquefaction of ligncellulosic waste by using ethylene carbonate[J].Bioresouree Technology，1999 （1）：61-67．◇

Analysis of the Influence of Cigarette Paper Parameters on Cigarette Discharge Rate

QIAO Yuemei，ZHAO Qiurong，LI Liqun，JI Xudong，YE Yajun，WANG Shengli，GUO Chunsheng
（Inner Mongolia Kunming Cigarette Co.，Ltd.，Hohhot，Inner Mongolia 010020，China）

Taking the same batch of A grade tobacco，the uniform test was designed.The cigarettes with different quantitative，air permeability，pulp type，combustion promoter proportion and potash proportion were rolled by cigarette rolling machine and evaluated according to the method of cigarette U-turn measurement.The mathematical regression equation was used to determine the influence of the cigarette paper parameters on the cigarette turn-around and the effect of each cigarette paper parameter on the cigarette turn-around were determined by the significance analysis.The results of the single factor experiment showed that the cigarettes with low cigarettes papermaking rate，low combustion promoter，with 50～55 CU permeability with low pulp ratio had a low drop rate.The results of uniform experimental analysis showed that the influence of each factor on cigarette burning cone drop rate was combustion aid proportion＞cigarette paper weight＞mahjong ratio＞cigarette paper combustion agent potassium salt proportion＞air permeability of cigarette paper.The minimum combination of the cigarette burning cone could be obtained by the minimum model optimization of the quadratic regression equation using the nonlinear programming method，ie，cigarette paper weight 29 g/m2，cigarette paper combustion promoter potassium salt ratio 20%，Cigarette paper permeability 50 CU，the proportion of propellant 1.2%and mahjong proportion 0.The minimum predicted value of cigarette burning cone fall 0.681 9%.According to the optimum cigarette paper parameters，the cigarette burning cone drop rate was reduced from 12.7%to 0.5%.The cigarette paper and cigarette burnability were improved.The cigarette paper parameters were adjusted positively to the cigarette burning cone drop rate Impact.

cigarette paper parameters；combustion cone drop rate；combustion

TS41

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.012

1671-9646（2017） 12a-0044-05

2017-08-02

喬月梅（1972— ），女，本科，工程師，研究方向為煙草工藝。